Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса
Изложены результаты исследований влияния легирования на формирование структуры и механические свойства металла швов при сварке газозащитными порошковыми проволоками и разработки композиции сердечника про- волоки, обеспечивающей получение предела текучести не менее 590 МПа и работу удара более 50 Дж...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Автоматическая сварка |
|---|---|
| Дата: | 2011 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2011
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102982 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса / В.Н. Шлепаков, Ю.А. Гаврилюк, С.М. Наумейко // Автоматическая сварка. — 2011. — № 11 (703). — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860239068937322496 |
|---|---|
| author | Шлепаков, В.Н. Гаврилюк, Ю.А. Наумейко, С.М. |
| author_facet | Шлепаков, В.Н. Гаврилюк, Ю.А. Наумейко, С.М. |
| citation_txt | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса / В.Н. Шлепаков, Ю.А. Гаврилюк, С.М. Наумейко // Автоматическая сварка. — 2011. — № 11 (703). — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Автоматическая сварка |
| description | Изложены результаты исследований влияния легирования на формирование структуры и механические свойства металла швов при сварке газозащитными порошковыми проволоками и разработки композиции сердечника про- волоки, обеспечивающей получение предела текучести не менее 590 МПа и работу удара более 50 Дж при –50 °С. Для базовой системы легирования C–Si–Mn–Ni–Mo определено оптимальное дополнительное микролегирование цирконием, которое позволяет достичь уменьшения объемной доли и размеров неметаллических включений, а также увеличения доли дисперсных составляющих структуры металла и обеспечить требуемый уровень прочности металла сварного шва и его вязкопластических свойств при низкой температуре.
Given are the results of investigation of the effect of alloying on formation of structure and mechanical properties of the weld metal in gas-shielded flux-cored wire welding, as well as of development of composition of a core of the wire providing the yield strength value of not less than 590 MPa and impact energy of more than 50 J at –50 o C. Optimal additional microalloying with zirconium was determined for the basic C–Si–Mn–Ni–Mo alloying system. This microalloying allows decreasing the volume fraction and sizes of non-metallic inclusions, as well as increasing the share of dispersed components in metal structure, and provides the required level of strength of the weld metal and its low-temperature tough-ductile properties.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:27:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.75:669.14/15
РАЗРАБОТКА ПОРОШКОВОЙ ПРОВОЛОКИ
ДЛЯ ДУГОВОЙ СВАРКИ ВЫСОКОПРОЧНЫХ
СТАЛЕЙ БЕЙНИТНОГО КЛАССА
В. Н. ШЛЕПАКОВ, д-р техн. наук, Ю. А. ГАВРИЛЮК, С. М. НАУМЕЙКО, кандидаты техн. наук
(Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины)
Изложены результаты исследований влияния легирования на формирование структуры и механические свойства
металла швов при сварке газозащитными порошковыми проволоками и разработки композиции сердечника про-
волоки, обеспечивающей получение предела текучести не менее 590 МПа и работу удара более 50 Дж при –50 °С.
Для базовой системы легирования C–Si–Mn–Ni–Mo определено оптимальное дополнительное микролегирование
цирконием, которое позволяет достичь уменьшения объемной доли и размеров неметаллических включений, а
также увеличения доли дисперсных составляющих структуры металла и обеспечить требуемый уровень прочности
металла сварного шва и его вязкопластических свойств при низкой температуре.
К л ю ч е в ы е с л о в а : электродуговая сварка, низколегиро-
ванные стали, порошковые проволоки, свойства металла
сварного шва, структура, неметаллические включения, мик-
ролегирование
Расширение производства и применения в про-
мышленности и строительстве высокопрочных
низколегированных сталей вызвало необходи-
мость создания новых сварочных материалов, от-
вечающих высоким требованиям, предъявляемым
к показателям механических свойств, в частности,
прочности и ударной вязкости.
Целью настоящей работы является разработка
композиции сердечника проволоки, обеспечива-
ющей получение металла шва с пределом теку-
чести не менее 590 МПа и требуемые значения
работы удара при низких температурах (более
50 Дж при –50 °С) [1]. Достижение такого уровня
показателей при традиционных системах легиро-
вания является сложной задачей.
Опыт разработки низколегированных свароч-
ных материалов, в частности, порошковых про-
волок, свидетельствует о целесообразности испо-
льзования систем легирования, близких по сос-
таву к системе легирования свариваемой стали
с учетом различных условий формирования струк-
туры металла при прокатке и сварке. Основу ле-
гирования обычно составляет система C–Si–Mn–
Ni–Mo (Cr–Cu). Необходимые показатели проч-
ности достигаются с помощью легирования ме-
талла в системе C–Si–Mn–Ni–Mo за счет твердо-
растворного упрочнения [2, 3]. Регулирование вяз-
копластических свойств требует выбора системы
легирования и микролегирования, обеспечиваю-
щих образование дисперсных структурных сос-
тавляющих, которые имеют высокую сопротив-
ляемость хрупкому разрушению [4, 5].
Исследования проводили на опытных партиях
порошковой проволоки диаметром 1,2 мм со
шлакообразующей системой рутил-флюоритного
типа при сварке пластин из стали марки АБ-1
(размером 400×200 мм, толщиной 20 мм с V-об-
разной разделкой кромок) в среде защитного газа
85 Ar + 15 CO2 в нижнем положении с погонной
энергией сварки 1,3…1,7 кДж/мм (сварочный ток
180…220 А, напряжение дуги 28 В). Перед на-
ложением каждого последующего валика свари-
© В. Н. Шлепаков, Ю. А. Гаврилюк, С. М. Наумейко, 2011
Рис. 1. Микроструктуры металла шва, легированного C–Si–Mn–Ni–Mo: а — ×1000; б — ×2000
20 11/2011
ваемое соединение охлаждалось до температуры
90…110 °С. Содержание легирующих элементов
и примесей в металле шва варьировалось в пре-
делах, указанных в табл. 1. Для получения более
высоких значений работы удара металла сварного
шва при низких температурах применили мик-
ролегирование цирконием путем введения в сос-
тав порошковой проволоки фер-
росплава системы Fe–Si–Zr. Вли-
яние микролегирования исследо-
вали при содержании циркония
в металле шва в пределах
0,007…0,015 мас. % (табл. 1).
Цирконий выполняет функции
раскислителя и модификатора
металла сварного шва за счет об-
разования карбидов, нитридов и
оксидов, которые оказывают
влияние на характер структур-
ных превращений стали. Анализ
структуры, состава и распреде-
ления неметаллических включе-
ний по размерам провели с по-
мощью электронного сканирую-
щего микроскопа JSM-35CF
«JEOL», который оснащен энер-
годисперсионным анализатором.
Структура металла сварного
шва без микролегирования цир-
конием представляет собой бей-
нит с участками игольчатого
феррита (рис. 1). Распределение неметаллических
включений по размерам и их состав приведены
на рис. 2 (среднее содержание анализируемых эле-
ментов в неметаллических включениях, мас. %:
44,89 О; 0,05 Mg; 14,62 Al; 5,94 Si; 3,58 S; 7,22
Ti; 23,7 Mn). Как показал анализ химического сос-
тава неметаллических включений, они состоят
Т а б л и ц а 1. Содержание легирующих элементов и примесей в металле сварных швов, мас. %
№ шва C Si Mn Ni Mo Ti Al Zr S P
1
0,07…0,09 0,2…0,4 1,0…1,4 2,0…2,4 0,15…0,25 0,01…0,015 0,025…0,035
— 0,011…0,016 0,016…0,020
2 0,007…0,009 0,012…0,016 0,016…0,020
3 0,010…0,015 0,011…0,016 0,016…0,020
Рис. 2. Элементный состав (а) и распределение неметаллических включений по размерам в металле шва системы C–Si–Mn–
Ni–Mo (б)
Рис. 3. Микроструктуры металла шва системы легирования C–Si–Mn–Ni–Mo, мик-
ролегированного цирконием: а, в — 0,007 мас. %; б, г — 0,015; а, б — ×1000; в, г
— ×2000
11/2011 21
преимущественно из оксидов марганца, кремния
алюминия и титана (рис. 2, а). Во включениях
также присутствует небольшое количество окси-
сульфидов — примерно до 3,6 мас. %.
Значения, полученные при испытаниях, следу-
ющие: работа удара KV–50 = 30…40 Дж, что ниже
предъявляемых требований (табл. 2).
Структура металла сварного шва, микролеги-
рованного цирконием, представляет собой мел-
кодисперсный феррит различных модификаций:
игольчатый с неупорядоченной второй фазой и
полигональный (доэвтектоидный) феррит в виде
фрагментов ферритных оторочек (рис. 3). Объем-
ная доля дисперсных составляющих (бейнита) в
структуре металла шва, микролегированном цир-
конием на уровне 0,007 мас. %, составляет по-
рядка 65 %, остальное — полигональный феррит.
При повышении микролегирования цирконием до
0,015 мас. % доля дисперсных структур возрас-
тает до 70 об. %, при этом размеры иголок иголь-
чатого феррита уменьшаются в среднем в 1,5 раза
в сравнении со структурой металла шва, микроле-
гированного цирконием на уровне 0,007 мас. %.
Составы неметаллических включений и распре-
деления их по размерам для сварных швов, мик-
ролегированных цирконием, приведены на рис.
4 и 5. Среднее содержание анализируемых эле-
ментов в неметаллических включениях металла
шва, микролегированном 0,007 мас. % Zr, мас.
% — 46,66 О; 1,45 Mg; 20,17 Al; 4,95 Si; 5,79
Рис. 4. Элементный состав (а) и распределение неметаллических включений по размерам в металле шва системы C–Si–Mn–
Ni–Mo, микролегированном 0,007 мас. % Zr (б)
Рис. 5. Элементный состав (а) и распределение неметаллических включений по размерам в металле шва системы C–Si–Mn–
Ni–Mo, микролегированном 0,015 мас. % Zr (б)
Т а б л и ц а 2. Механические свойства металла сварных
швов
№ шва σ0,2, МПа σв, МПа δ, % KV–50, Дж
1 600...630 680...710 18...22 30...40
2 610...640 690...720 24...27 65...75
3 600...630 700...730 22...26 58...70
22 11/2011
Ti; 19,08 Mn; 1,9 Zr; микролегированном 0,015
мас. % Zr — 45,64 О; 1,17 Mg; 21,53 Al; 3,14 Si;
6,54 Ti; 16,91 Mn; 5,07 Zr. При микролегировании
металла шва цирконием объемная доля неметал-
лических включений уменьшается примерно в 2
раза за счет образования оксисульфидов цирко-
ния, которые удаляются в шлаковую фазу.
При этом также уменьшается средний размер
самих включений приблизительно на 15 %. Мик-
ролегирование цирконием металла сварного шва
способствует более равномерному распределению
неметаллических включений (рис. 6). По резуль-
татам испытаний показатели работы удара свар-
ного соединения при температуре –50 °С состав-
ляют 65…75 Дж, что отвечает требованиям (см.
табл. 1 и 2).
В результате проведенных исследований создана
порошковая проволока с сердечником рутил-флю-
оритного типа, предназначенная для сварки в среде
защитного газа металлоконструкций из сталей с
пределом текучести не менее 590 МПа, обеспечи-
вающая достижение требуемого уровня вязкоплас-
тических свойств металла шва.
Выводы
1. Использование базового легирования C–Si–Mn–
Ni–Mo с дополнительным микролегированием цир-
конием позволяет обеспечить требуемый уровень
прочности (предел текучести более 590 МПа) и
ударной вязкости сварного соединения (работа
удара более 50 Дж при температуре испытаний
–50 °С).
2. Оптимальное содержание циркония в ме-
талле сварного шва, при котором достигается
уменьшение объемной доли и размеров неметал-
лических включений и увеличение доли диспер-
сных составляющих структуры металла, нахо-
дится в пределах 0,007…0,009 мас. %.
1. Высокопрочные стали для корпусов судов, морских со-
оружений и глубоководной техники / И. В. Горынин,
В. А. Малышевский, Ю. Л. Легостаев, Л. В. Грищенко //
Прогрес. материалы и технологии. — 1996. — № 2. —
С. 23–24.
2. Thomson S. W., Krauss G. Austenite decomposition during
continuous cooling of HSLA-80 plate steel // Metallurgical
and Materials Transactions A. — 1996. — 27, June. —
P. 1557–1571.
3. Tailor D. J., Evans G. M. Development of MMA electrodes
for offshore fabrication // Metal Constr. — 1983. — 15,
№ 8. — P. 438–443.
4. Zhang Z., Farrar R. A. Influence of Mn and Ni on microst-
ructure and toughness of C–Mn–Ni weld metals // Welding
J. — 1997. — 76, № 5. — P. 183–190.
5. Wang W., Liu S. Alloying and microstructural management
in developing SMAW electrodes of HSLA-100 steel // Ibid.
— 2002. — 81, № 7. — P. 132–145.
6. Грабин В. Ф. Металловедение сварки плавлением. —
Киев: Наук. думка, 1982. — 416 с.
7. Влияние химической неоднородности на образование
игольчатого феррита в высокопрочном наплавленном
металле швов / Г. М. Григоренко, В. А. Костин, В. В. Го-
ловко, В. Ф. Грабин // Автомат. сварка. — 2004. — № 4.
— С. 3–8.
Given are the results of investigation of the effect of alloying on formation of structure and mechanical properties of
the weld metal in gas-shielded flux-cored wire welding, as well as of development of composition of a core of the wire
providing the yield strength value of not less than 590 MPa and impact energy of more than 50 J at –50 oC. Optimal
additional microalloying with zirconium was determined for the basic C–Si–Mn–Ni–Mo alloying system. This microalloying
allows decreasing the volume fraction and sizes of non-metallic inclusions, as well as increasing the share of dispersed
components in metal structure, and provides the required level of strength of the weld metal and its low-temperature
tough-ductile properties.
Поступила в редакцию 05.09.2011
Рис. 6. Типичное распределение неметаллических включений в металле шва системы легирования C–Si–Mn–Ni–Mo (×3400):
а — без микролегирования цирконием; б — с микролегированием цирконием на уровне около 0,011 мас. %
11/2011 23
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-102982 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0005-111X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:27:49Z |
| publishDate | 2011 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шлепаков, В.Н. Гаврилюк, Ю.А. Наумейко, С.М. 2016-06-13T05:13:02Z 2016-06-13T05:13:02Z 2011 Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса / В.Н. Шлепаков, Ю.А. Гаврилюк, С.М. Наумейко // Автоматическая сварка. — 2011. — № 11 (703). — С. 20-23. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0005-111X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102982 621.791.75:669.14/15. Изложены результаты исследований влияния легирования на формирование структуры и механические свойства металла швов при сварке газозащитными порошковыми проволоками и разработки композиции сердечника про- волоки, обеспечивающей получение предела текучести не менее 590 МПа и работу удара более 50 Дж при –50 °С. Для базовой системы легирования C–Si–Mn–Ni–Mo определено оптимальное дополнительное микролегирование цирконием, которое позволяет достичь уменьшения объемной доли и размеров неметаллических включений, а также увеличения доли дисперсных составляющих структуры металла и обеспечить требуемый уровень прочности металла сварного шва и его вязкопластических свойств при низкой температуре. Given are the results of investigation of the effect of alloying on formation of structure and mechanical properties of the weld metal in gas-shielded flux-cored wire welding, as well as of development of composition of a core of the wire providing the yield strength value of not less than 590 MPa and impact energy of more than 50 J at –50 o C. Optimal additional microalloying with zirconium was determined for the basic C–Si–Mn–Ni–Mo alloying system. This microalloying allows decreasing the volume fraction and sizes of non-metallic inclusions, as well as increasing the share of dispersed components in metal structure, and provides the required level of strength of the weld metal and its low-temperature tough-ductile properties. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Автоматическая сварка Научно-технический раздел Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса Development of flux-cored wire for arc welding of high-strength steels of bainite class Article published earlier |
| spellingShingle | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса Шлепаков, В.Н. Гаврилюк, Ю.А. Наумейко, С.М. Научно-технический раздел |
| title | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса |
| title_alt | Development of flux-cored wire for arc welding of high-strength steels of bainite class |
| title_full | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса |
| title_fullStr | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса |
| title_full_unstemmed | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса |
| title_short | Разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса |
| title_sort | разработка порошковой проволоки для дуговой сварки высокопрочных сталей бейнитного класса |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/102982 |
| work_keys_str_mv | AT šlepakovvn razrabotkaporoškovoiprovolokidlâdugovoisvarkivysokopročnyhstaleibeinitnogoklassa AT gavrilûkûa razrabotkaporoškovoiprovolokidlâdugovoisvarkivysokopročnyhstaleibeinitnogoklassa AT naumeikosm razrabotkaporoškovoiprovolokidlâdugovoisvarkivysokopročnyhstaleibeinitnogoklassa AT šlepakovvn developmentoffluxcoredwireforarcweldingofhighstrengthsteelsofbainiteclass AT gavrilûkûa developmentoffluxcoredwireforarcweldingofhighstrengthsteelsofbainiteclass AT naumeikosm developmentoffluxcoredwireforarcweldingofhighstrengthsteelsofbainiteclass |